Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Карпенко Г.А.

В условиях высоко интенсивной продувки металла кислородом температура в реакционной зоне ванны агрегата и ее изменение по ходу продувки непосредственным образом определяет характер физико - химических и гидродинамических процессов конверторной плавки стали.

Структурная особенность зоны взаимодействия струй дутья из кислорода с жидким металлом свидетельствует о весьма сложной гидродинамической картине в реакционной зоне. Как показывают исследования, высокотемпературная зона локализована в относительно небольшом объеме, что обуславливает специфику теплообмена, температурного и концентрационного полей в конверторной ванне.

Агрессивная окислительная среда практически исключает возможности прямого точного анализа температуры реакционной зоны термопарами. Результаты измерения с помощью пирометров свидетельствуют о том, что температурное поле в реакционной зоне находится в широком диапазоне значений - до 3000К и выше. При этом имеют место трудности учета неоднородности реакционной зоны как по структуре и составу ванны, так и по температуре.

Результаты исследований Г.А. Чернятевича и других авторов с применением метода кинофотосъемки в тиглях с прозрачной кварцевой стенкой подтверждают вывод о том, что границы первичной локальной реакционной зоны находятся в пределах доверительного интервала изотермы 1973К, а глубина распространения изотермы 2573К в ванне определяется давлением дутья и не зависит от содержания углерода в металле при постоянных условиях продувки.

Границу вторичной реакционной зоны отделяет область повышенных температур (около 1973К) от объема остальной ванны, характеризующегося относительным постоянством нагретости. Следовательно, контур вторичной реакционной зоны является изотермической поверхностью уровня температуры ванны Тв менее остальной части (вне первичной зоны) сталеплавильной ванны.

Известно, что размеры реакционной зоны при прочих равных условиях продувки определяются содержанием углерода в металле.

С учетом этих данных представляется возможным рассчитать относительные объемы реакционных зон, отраженных изотермическими поверхностями 2573К, 1973К и Тв. За единицу принимают весь объем реакционной зоны, ограниченной поверхностью температуры ванны. При этом объем первичной реакционной зоны ограничен изотермической поверхностью 1973К, а объем основного участка действия струй дутья - 2573К.

Измерения, выполненные Меркером Э.Э. с применением оптического пирометром при продувке металла струей кислорода в тигле, позволили установить, что значительный перегрев (более 500 К) над температурой ванны наблюдается только в высокотемпературной части реакционной зоны (первичной), которая занимает относительно небольшой объем - до 15% от общего объема реакционной зоны в середине продувки и до 30% на конечной стадии продувки ванны.

Тепловыделение в реакционной зоне пропорционально интенсивности продувки (Iо2, м3/т·мин), а снижение перегрева в середине продувки связано с увеличением линейных размеров и объема реакционной зоны при содержании углерода в пределах 0,5÷3,5% и более интенсивной циркуляцией металла, в следствии высокой скорости окисления углерода в этот период плавки.

Выводы. Проанализированы вопросы интенсивности продувки конверторной ванны кислородом с позиции физико - гидродинамических и теплофизических особенностей состояния реакционной зоны. Рассмотрены условия перегрева реакционной зоны относительно периферийной части ванны и оценены градиенты температур, которые свидетельствуют о превалирующем значении конвекции в теплообмене в конверторной ванне.

Работа выполнена под руководством проф., д.т.н. Меркера Э.Э.